放射性基本知识

射线种类 粒子组成 电荷 质量 ( 单 位 电 (u) 荷) 速度 (km/s) 能量 MeV
α β
4
2He
+2 -1
4 1/1840
~几万 ~20万
4~10 0.01~2.5
e-1
γ
光子
0
静 质 量 ~30万 =0 (真空)
0.01~3
α、β、γ蜕变 、 、 蜕变
1
α蜕变：原子核放出 粒子而发生蜕 蜕变：原子核放出α粒子而发生蜕 蜕变
③热核爆炸。 热核爆炸。
超铀元素的应用有： 超铀元素的应用有：
①核燃料。反应堆能大量生产钚239，作为快 核燃料。反应堆能大量生产钚239 239，
中子增殖堆的核燃料。 中子增殖堆的核燃料。 ②能源。利用它们在衰变过程释放的热或将 能源。 其转化为电能，同位素电池用于心脏起搏器、 其转化为电能，同位素电池用于心脏起搏器、 人造器官、航海浮标、海底电缆等。 人造器官、航海浮标、海底电缆等。 ③放射源。主要利用它们衰变时放出的α粒 放射源。主要利用它们衰变时放出的α 射线和中子，用于活化分析、 子、γ射线和中子，用于活化分析、中子照 中子衍射、烟雾探测器预报火警等。 相、中子衍射、烟雾探测器预报火警等。
例如， 例如，常用的钴源的蜕变。
β
0.31
γ γ
的蜕变图
天然放射性核素与放射系
1.三个放射系 三个放射系
1）.铀系 238U 4n+2 ） 铀系 2）、锕铀系 235U 4n+3 ）、锕铀系 ）、 3）、钍系 230Th 4n ）、钍系 ）、 ）这三个放射系衰变的末代子体为稳定的铅。 特 1）这三个放射系衰变的末代子体为稳定的铅。 ）都有一代子体为氡， （ 点 2）都有一代子体为氡，即222Rn（习惯称镭射
变的现象叫做α蜕变。 变的现象叫做 蜕变。一般只有质量数 蜕变 大于200的重金属才发生 蜕变。 大于 的重金属才发生α蜕变。 的重金属才发生 蜕变
例如
92
238U
α（24He）+90234Th
蜕变产物的确定用位移定律确定， 即：蜕变前后总质量数和总电荷数不变。
2
β蜕变：原子核放出 粒子而发生蜕 蜕变：原子核放出β粒子而发生蜕 蜕变
如：226Ra
222Rn+
α
注意：上述反应是在核内进行的，核衰变或蜕变只 取决于原子核的本性自发进行。当然在特殊情况下， 例如当温度高达几百万度时，对核蜕变有显著影响； 同时，人为地使原子核发生反应也是可能的， 例如：用高能的粒子轰击原子核也可引起核的变化 （这类变化叫核反应）
核衰变或核蜕变
2、核辐射的种类 、
超铀元素的制备方法有： 超铀元素的制备方法有：
①反应堆辐照。是获得可称量超铀元素的方 反应堆辐照。
法。
②带电粒子核反应。这类反应生成的新元素 带电粒子核反应。
的数量虽然是不可称量的， 的数量虽然是不可称量的，但对发现新的超铀 元素起着重要作用， 元素起着重要作用，对今后合成更重的超铀元 素也是最有希望的方法。 素也是最有希望的方法。
3）、有关衰变规律的一些概念问题 ）、有关衰变规律的一些概念问题
a、 λ的物理意义：表示一个核在单位时间内衰变的 、 的物理意义 的物理意义： 几率。 几率。 例如： 例如： λRn= 2 ×10-6 ，就意味着每秒钟内每一个氡 核内发生衰变的几率为五十万分之一。 核内发生衰变的几率为五十万分之一。 b、衰变是一件随机事件（或统计现象） 、衰变是一件随机事件（或统计现象） c、由于衰变率与放射性核素的原子数成正比，可以 、由于衰变率与放射性核素的原子数成正比， 用衰变率（活度）表示放射性核素的多少。 用衰变率（活度）表示放射性核素的多少。 注意：其他的一些单位： 注意：其他的一些单位： 1爱曼 爱曼=10-10 Ci/L=3700Bq/m3 爱曼 1WL=1.3 ×105 MeV/L=2.8 ×10-5 J/ m3
迁如下图所示： 迁如下图所示：
激发态）
基态）
蜕变图
注意： γ跃迁只改变核的状态，不改变核的组成，故 注意： 跃迁只改变核的状态 不改变核的组成， 跃迁只改变核的状态，
又称同质异能跃迁，用符号： 表示 表示。 又称同质异能跃迁，用符号：I.T.表示。 4、每一次蜕变放出的粒子情况有以下三种： 、每一次蜕变放出的粒子情况有以下三种： 1）、一次蜕变放出某种粒子一个。例如 ）、一次蜕变放出某种粒子一个 ）、一次蜕变放出某种粒子一个。 238U每发生一次蜕变就放出能量为 每发生一次蜕变就放出能量为 4.18MeV的α粒子一个。 的 粒子一个。 粒子一个 2）、分支蜕变。每次蜕变或放出这种或放 ）、分支蜕变 ）、分支蜕变。 出那种粒子一个，各占一定的比例， 出那种粒子一个，各占一定的比例，用百 分数表示。 每次蜕变有99.96%的 分数表示。如RaC每次蜕变有 每次蜕变有 的 几率放出β粒子 粒子， 几率放出α粒子 几率放出 粒子，有0.04%几率放出 粒子。 几率放出 粒子。 又如： 每次蜕变有94.3%的几率放 又如：226Ra每次蜕变有 每次蜕变有 的几率放 粒子， 出4.793MeV的α粒子，有5.7%的几率放 的 粒子 的几率放 粒子。 出4.612MeV的α粒子。 的 粒子 3）、一次蜕变放出好几个光子。 ）、一次蜕变放出好几个光子 ）、一次蜕变放出好几个光子。
2
核素的概念
3
同位素
原子序数相同、 原子序数相同、质量数不同的原子 、 称为同位素。如：23892U、 23592U 称为同位素。
核衰变或核蜕变
1、核衰变或核蜕变的概念： 、核衰变或核蜕变的概念： 原子核自发地发生变化， 原子核自发地发生变化，同 时放射出α、 、 等核辐射 时放射出 、β、γ等核辐射 的现象。 的现象。
放射性物质的量随时间的变化
1、独立衰变的情况
A B t=0 N0 t=t N t=t+dt N-dN A=-dN/dt=λN 解微分方程： 解微分方程：-dN/N= λdt
∫
N
N0
t d N = λ∫ dt 0 N
-lnN/N0= λt N= N0 e-λt
2、半衰期与衰变常数的关系
1/2N0 = N0 e-λT 1/2 即 1/2= e-λT 1/2 ln2=λT1/2 T1/2 =ln2/ λ=0.693/ λ
变的现象叫做β蜕变 变的现象叫做 蜕变。 蜕变
β （-10e）+RaC（83214Bi） ） （
RaB（82214Pb ） （
说明：核内本应无电子怎么会放出电子？这是因为β蜕变的 实质是核内中子发生了如下变化：
0
1n
1
1p+
0e -1
+00ν
多。中微子与物质的相互作用 很弱，故很难探测。 很弱，故很难探测。 广义的β蜕变还包括 蜕变与K 蜕变还包括β 广义的 蜕变还包括 +蜕变与 俘获（ 俘获（天然放射性核素中很少 遇到）， ），后者实质是核内质子 遇到），后者实质是核内质子 发生如下的变化： 发生如下的变化： 0ν + 1n 1p+ 0e 0 0 1 -1
3、平均寿命
τ=1/ λ= 0.693/ T1/2
4、连续衰变的情况
在连续衰变情况下，A核的衰变仍然是独立衰 变，因为A核的子体（B核）的衰变与否对A核 的衰变是没有影响的，问题是在于B核的数量 变化规律如何？B核未与A核分离。它不是独 立衰变，所以其数量变化既取决于自身的衰变 又取决于A核的衰变，前者使它的数量随时间 减少，后者使它的数量随时间增加，所以B核 数量随时间变化的速率等于B的衰变速率AB减 去 A的衰变速率AA。即：
超铀元素的核性质具有以下特点： 超铀元素的核性质具有以下特点：
①超铀元素的所有核素都是放射性的，以 超铀元素的所有核素都是放射性的，
不同方式衰变。 不同方式衰变。 ②随着原子序数的增加，超铀元素最长寿 随着原子序数的增加， 命的同位素的半衰期越来越短。 命的同位素的半衰期越来越短。 ③一些超铀核素以自发裂变方式衰变，这 一些超铀核素以自发裂变方式衰变， 种现象是超铀核素所独有的。 种现象是超铀核素所独有的。
A →B →C
λA
λB
即： -d NB /dt= AB – AA -d NB /dt= λBNB – λANA 由于A核为独立衰变，即 由于 核为独立衰变， 核为独立衰变 -dNA/dt=λNA NA= NA0 e-λAt 或AA= AA0 e-λAt
所以， 所以，-d NB /dt= λBNB – λA NA0 e-λAt 解微分方程， 解微分方程，得
衰变的基本规律： 2）、衰变的基本规律： 放射性核素在某时刻的衰变率等于该核素的衰 变常数和该核素原子核数目的乘积。 变常数和该核素原子核数目的乘积。 即：A=λN 衰变率， A——衰变率，1/s 衰变率 衰变常数， λ——衰变常数，1/s（与一般的物理化学条 衰变常数 1/s（ 件无关，仅由核素的种类决定。 件无关，仅由核素的种类决定。 该时刻的原子核数目。 N——该时刻的原子核数目。 该时刻的原子核数目 例如：计算2.22×10-14 g 222Rn的衰变率有 例如：计算2.22× 222Rn的衰变率有 2.22 多大？ 多大？ 2.22× 6.02× N= 2.22×10-14 /222 × 6.02×1023 =6.02 ×107 1.2× A= λN = 2 ×10-6 × 6.02 ×107= 1.2×102 1/s
放射性衰变规律
1、衰变率与放射性物质的量的关系 1）衰变率：单位时间内衰变的原子核 的数目，单位为1/s 1/s， 的数目，单位为1/s，在国际单位制中 用贝可（勒尔） Bq表 用贝可（勒尔）Beequerel ，用Bq表 示。 10 过去惯用单位为居里Ci 1Ci=3.7× Ci， 过去惯用单位为居里Ci，1Ci=3.7×10 1/s 衰变率又称放射性活度或活度， 衰变率又称放射性活度或活度，习惯上 称放射性强度或放射性。 称放射性强度或放射性。